本发明专利技术属于材料塑性成形领域，公开了一种用于厚板件或厚弧形件的电磁脉冲翻孔成形装置，其中用于厚板件的成形装置包括线圈和位于线圈一侧的集磁器(103)，集磁器(103)呈圆盘状，且具有表面积互不相同的两个圆盘表面；记表面积较大的为A面，表面积较小的为B面，A面更靠近线圈，B面用于靠近待成形的工件；利用面积差在集磁器(103)靠近B面的一端将产生更大的电流密度，使待成形的工件受到更大的电磁力，从而便于电磁脉冲翻孔成形。本发明专利技术通过对装置的整体结构设计等进行改进，在线圈与板料之间加集磁器，配合多层线圈，尤其通过存在表面积差异的集磁器A面、B面设计，使电磁力集中在集磁器B面所对应的成形区域，能够达到良好的成形效果。
An electromagnetic pulse hole turning forming device for thick plate or thick arc parts
【技术实现步骤摘要】
一种用于厚板件或厚弧形件的电磁脉冲翻孔成形装置
本专利技术属于材料塑性成形
，更具体地，涉及一种用于厚板件或厚弧形件的电磁脉冲翻孔成形装置，本专利技术利用特殊形状设计的集磁器，进一步配合多层平板螺旋线圈，解决了当前电磁成形线圈无法承受高电压高能量放电条件的问题，使电磁成形在厚板件翻孔的应用更加成熟。
技术介绍
为了满足结构轻量化和材料轻量化的需要，减少能量消耗和环境污染，密度较小，比强度较高的铝合金越来越多应用于汽车以及航空航天领域。然而铝合金存在成形极限低，回弹严重等问题，严重制约了铝合金的发展。电磁成形是利用洛伦兹力使金属材料发生高速率塑性变形的成形加工方法，该方法可以提高材料的成形极限，有效减小回弹，成形后的工件具有较小的残余应力，工件具有较高的表面质量，在成形铝合金方面具有广阔的前景。且电磁成形工装简单，不需要大平台进行定位，只需要将成形线圈和凹模固定在成形区域即可，线圈位置的调节也较灵活。航空航天领域，需要成形许多大形零件，采用传统工艺制造时，对工装平台、模具以及设备提出了较高要求；且有些零件需要成形出局部特征，以实现特定功能，难度极高。与传统方法相比，电磁成形在航空航天领域具有很大的优势，既可提高生产效率，获得精度较高，质量较好的工件；同时可利用线圈加工制造的灵活性来成形局部特征。电磁成形是通过给线圈通脉冲电流，在电磁感应的作用下，板料上也会产生一定深度的瞬时电流，板料上的电流所产生的磁场与线圈中电流所产生的磁场相互排斥，当排斥力超过材料的屈服强度时，板料会发生变形。在板料上形成的电流的深度成为趋肤深度，该区域为电磁体积力作用区域。趋肤深度与材料电阻率、材料磁导率、放电频率相关。式(1)中，d：趋肤深度；ρ：电阻率；μ：磁导率；f：放电频率。电磁成形过程中，板料短时间内迅速获得很高的运动速度，绝大部分塑性变形由高速运动下的惯性效应造成。现如今，在利用电磁成形进行薄板翻边时，已经可以达到较好的效果。板料厚度增加，成形难度提升，其主要原因是，非电磁体积力作用区域增加，受体积力作用区域相对比例降低，电磁体积力效应被削弱。在板料厚度增加的情况下，想要达到理想的成形效果，则需要增加电磁成形过程中的趋肤深度。由式(1)可知，在材料不变的情况下，增加趋肤深度需要降低放电频率。由式(2)可知，控制电感不变，增加电容可以降低放电频率，但会导致放电能量的急剧增加，线圈在放电过程所要承受的能量和反作用力也就越大。式(2)中，f：放电频率；c：电容；l：电感。由于制造工艺的限制，现在使用的线圈在高能量放电时，在力和热的综合作用下，环氧树脂失效，导致线圈结构强度急剧降低，导线相互挤压时造成短路，往往在一次放电之后，线圈无法再次使用。解决这一问题的途径有两个：一是采用性能更加优良的材料代替铜线绕制线圈；二是优化线圈的结构设计，提高线圈的强度。在新的理想材料出来之前，更多的是进行结构方面的研究。电磁成形所使用的成形线圈的截面形状为圆形或矩形，研究表明：成形线圈的截面积严重影响着线圈的成形能力和使用寿命。线圈的截面积较小时，线圈产生的电磁力可以较好地集中在成形区域，成形效果较好，但是由于现有制造工艺的限制，线圈在密绕时，其结构强度较低，使用寿命很短。尤其对于厚板件(例如厚度为7～8mm的板件等)的电磁脉冲翻孔成形，由于板料厚度较大，成形时需要较大的电压，线圈在成形过程中受到较大的冲击载荷，线圈易损坏；倘若采用匝间距较大的线圈，线圈结构的强度有很大的提高，但是会导致电磁力不集中，无法达到理想的成形效果。为了使线圈的投影面积与板料成形区域对应以保证电磁力有良好的分布，在小区域成形时，现有工艺大都采用密绕即匝间距很小的形式绕制，在板料厚度较小时，低电压放电可以保证线圈的使用寿命；当板料厚度增加到一定量时，由于所需成形力的增大，需要较大的放电能量，在力和热的综合作用下，线圈极易失效，甚至在一次放电后就需更换新线圈，导致线圈成本增加，产品制造周期变长。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种用于厚板件或厚弧形件的电磁脉冲翻孔成形装置，通过对装置的整体结构设计等进行改进，在线圈与板料之间加集磁器，配合多层线圈，尤其通过存在表面积差异的集磁器A面、B面设计(其中A面的表面积较大，B面的表面积较小)，使B面附近的感应电流密度较A面附近更大，B面附近的电磁力也更大，从而使电磁力集中在集磁器B面所对应的成形区域，能够达到良好的成形效果。本专利技术解决了当前电磁成形线圈无法承受高电压高能量放电条件的问题，使电磁成形在厚板件翻孔的应用更加成熟。并且，基于本专利技术，所使用的线圈既能够经受大电压、又能够确保对小区域进行放电成形的成形效果，本专利技术通过设置特定表面积形状的集磁器配合线圈，线圈的匝间距可以保持较大的匝间距设计，既提高了线圈的强度，保证了线圈的使用寿命，又可以使电磁力集中在成形区域，达到较好的成形效果。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种用于厚板件的电磁脉冲翻孔成形装置，其特征在于，包括线圈和位于线圈一侧的集磁器(103)，其中，所述集磁器(103)呈圆盘状，且具有表面积互不相同的上下两个呈平面形的圆盘表面，该集磁器(103)的圆盘中心开设有通孔，位于圆盘中轴线一侧的狭缝与该通孔相连通使该狭缝两旁的集磁器区域被该狭缝完全隔离；所述线圈为单层线圈或多层线圈；当线圈为单层线圈时，该单层线圈是由金属线材(101)围绕圆盘中轴线在同一平面内内外分布设置，且所在平面平行于所述集磁器(103)的上下表面；当线圈为多层线圈时，该多层线圈中任意一层线圈均是由金属线材(101)围绕圆盘中轴线在同一平面内内外分布设置，每一层线圈所在平面均平行于所述集磁器(103)的上下表面；记所述集磁器(103)表面积较大的表面为A面，表面积较小的表面为B面，则，所述A面较所述B面更靠近所述线圈，所述B面则用于靠近待成形的工件，并且，所述线圈与所述集磁器(103)通过绝缘树脂连接集成为一体；当对所述线圈施加交流电时，该线圈在A面产生的感应电流会通过所述狭缝流向B面，利用A面与B面的面积差，在集磁器(103)靠近B面的一端将产生更大的电流密度，使待成形的工件受到更大的电磁力，从而便于电磁脉冲翻孔成形。作为本专利技术的进一步优选，所述金属线材(101)的截面形状为矩形，匝间距为2mm到5mm之间；当所述线圈为为多层线圈时，层间距为2mm到4mm之间。作为本专利技术的进一步优选，所述线圈为3层线圈；所述金属线材(101)为紫铜线材。作为本专利技术的进一步优选，在多层线圈的缠绕中心还开设有螺栓孔，该螺栓孔的一端与所述集磁器(103)的圆盘中心通孔相连通；所述螺栓孔中安装有紧固螺栓，用于加强所述线圈与所述集磁器(103)集成后的整体结构的强度；并且所述紧固螺栓的表面还经过绝缘处理。作为本专利技术的进一步优选，所述集磁器(103)采用铬锆铜。作为本专利技术的进一步优选，所述集磁器(103)的厚度为趋肤深度的两倍。作为本专利技术的进一步优选，所述A面与所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于厚板件的电磁脉冲翻孔成形装置，其特征在于，包括线圈和位于线圈一侧的集磁器(103)，其中，所述集磁器(103)呈圆盘状，且具有表面积互不相同的上下两个呈平面形的圆盘表面，该集磁器(103)的圆盘中心开设有通孔，位于圆盘中轴线一侧的狭缝与该通孔相连通使该狭缝两旁的集磁器区域被该狭缝完全隔离；/n所述线圈为单层线圈或多层线圈；当线圈为单层线圈时，该单层线圈是由金属线材(101)围绕圆盘中轴线在同一平面内内外分布设置，且所在平面平行于所述集磁器(103)的上下表面；当线圈为多层线圈时，该多层线圈中任意一层线圈均是由金属线材(101)围绕圆盘中轴线在同一平面内内外分布设置，每一层线圈所在平面均平行于所述集磁器(103)的上下表面；/n记所述集磁器(103)表面积较大的表面为A面，表面积较小的表面为B面，则，所述A面较所述B面更靠近所述线圈，所述B面则用于靠近待成形的工件，并且，所述线圈与所述集磁器(103)通过绝缘树脂连接集成为一体；当对所述线圈施加交流电时，该线圈在A面产生的感应电流会通过所述狭缝流向B面，利用A面与B面的面积差，在集磁器(103)靠近B面的一端将产生更大的电流密度，使待成形的工件受到更大的电磁力，从而便于电磁脉冲翻孔成形。/n...
【技术特征摘要】
1.一种用于厚板件的电磁脉冲翻孔成形装置，其特征在于，包括线圈和位于线圈一侧的集磁器(103)，其中，所述集磁器(103)呈圆盘状，且具有表面积互不相同的上下两个呈平面形的圆盘表面，该集磁器(103)的圆盘中心开设有通孔，位于圆盘中轴线一侧的狭缝与该通孔相连通使该狭缝两旁的集磁器区域被该狭缝完全隔离；
所述线圈为单层线圈或多层线圈；当线圈为单层线圈时，该单层线圈是由金属线材(101)围绕圆盘中轴线在同一平面内内外分布设置，且所在平面平行于所述集磁器(103)的上下表面；当线圈为多层线圈时，该多层线圈中任意一层线圈均是由金属线材(101)围绕圆盘中轴线在同一平面内内外分布设置，每一层线圈所在平面均平行于所述集磁器(103)的上下表面；
记所述集磁器(103)表面积较大的表面为A面，表面积较小的表面为B面，则，所述A面较所述B面更靠近所述线圈，所述B面则用于靠近待成形的工件，并且，所述线圈与所述集磁器(103)通过绝缘树脂连接集成为一体；当对所述线圈施加交流电时，该线圈在A面产生的感应电流会通过所述狭缝流向B面，利用A面与B面的面积差，在集磁器(103)靠近B面的一端将产生更大的电流密度，使待成形的工件受到更大的电磁力，从而便于电磁脉冲翻孔成形。
2.如权利要求1所述用于厚板件的电磁脉冲翻孔成形装置，其特征在于，所述金属线材(101)的截面形状为矩形，匝间距为2mm到5mm之间；当所述线圈为为多层线圈时，层间距为2mm到4mm之间。
3.如权利要求1所述用于厚板件的电磁脉冲翻孔成形装置，其特征在于，所述线圈为3层线圈；所述金属线材(101)为紫铜线材。
4.如权利要求1所述用于厚板件的电磁脉冲翻孔成形装置，其特征在于，在多层线圈的缠绕中心还开设有螺栓孔，该螺栓孔的一端与所述集磁器(103)的圆盘中心通孔相连通；所述螺栓孔中安装有紧固螺栓，用于加强所述线圈与所述集磁器(103)集成后的整体结构的强度；并且所述紧固螺栓的表面还经过绝缘处理。
5.如权利要求1所述用于厚板件的电磁脉冲...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄亮，周景，宋亚营，苏红亮，徐佳辉，黄攀，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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